理论教育 岩体抗破坏性在隧道工程中的应用

岩体抗破坏性在隧道工程中的应用

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:隧道爆破掘进时,应按岩体的抗爆破性能进行爆破设计;而在钻眼时,则应按其抗钻性能选择凿岩机具。但目前还没有针对岩体的抗钻性能的研究及分级方法。近年来,有研究资料建议采用岩体爆破性指数N作为分级指标,将岩体的抗爆破性分为极易爆破、易爆破、中等难度爆破、难爆破、极难爆破五级。

岩体抗破坏性在隧道工程中的应用

1.岩体的坚固性及其分级

岩体的坚固性是指岩体抵抗人为破坏的能力,其可以表征挖除岩体的难易程度。在露天土石方工程中,常将挖掘岩体的难易程度分为以下六级。

一级:极软弱、极易挖除,松土,如砂类土、种植土、软塑的黏砂土、砂黏土、弃土、未经压实的填土。

二级:软弱、易挖除,普通土,如半干硬的、硬塑的黏砂土和砂黏土,可塑的黏土,可塑的膨胀土(裂土),新黄土,中密的碎石类土(不包括块石土、漂石土),压实的填土及风积砂。

三级:较软弱、较易挖除,硬土,如半干硬的黏土,半干硬的膨胀土(裂土),老黄土,块石、漂石含量为30%~50%的土及其他密实的碎石类土,各种风化成土状的岩石

四级:较坚固、较难挖除,软土,如块石土、漂石土、各种软质岩石、泥岩、泥质页岩、泥质砂岩、泥质硬岩、煤、泥灰岩、凝灰岩、云母片岩、千枚岩等。

五级:坚固、难挖除,次坚土,如各种硬质岩,包括硅质页岩、钙质页岩、钙质砾岩、白云岩石灰岩、坚实的泥灰岩、软玄武岩、片岩、片麻岩、正长岩、花岗岩。

六级:极坚固、极难挖除,坚土,如各种极硬岩,包括硅质砂岩、硅质砾岩、致密的石灰岩、大理岩、石英岩、硬玄武岩、闪长岩、细粒花岗岩。

其中,软土(软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土、泥炭)和多年冻土等应结合具体施工情况另定。(www.daowen.com)

值得注意的是,我国公路、铁路及水电隧道工程中,一般都是直接借用围岩稳定性分级,进行隧道工程中挖掘岩体的难易程度的分级,或者说是将围岩分级作为一种综合分级,围岩分级既是对围岩稳定性的分级,又是对岩体坚固性的分级。具体可参考《铁路隧道设计规范》(TB 10003—2016)中的铁路隧道围岩分级表。

这样做大致是可行的,原因如下。一般而言,坚固而难挖的岩体作为围岩,稳定性好;软弱易挖的岩体作为围岩,稳定性差。但严格地说,这种规律并不能代表隧道工程中所遇到的所有情形,实际隧道工程中可能存在稳定能力基本相同的两种岩体,但两者的坚固性和挖掘的难易程度却有较大的差异,如破碎的石英岩与老黄土比较,就不符合上述规律。石英岩作为围岩,其稳定性很不好,但却并不好挖;而老黄土作为围岩,其稳定性很好,但却并不难挖。值得注意的是,岩体的坚固性与围岩的稳定性不能完全等同。

分级方法是出于认识、区分、评价等目的,将一类对象按照某种性质指标划分为若干个种属或级别的方法。针对不同的作业项目(如开挖、支护)和出于不同的分级目的,如区分开挖岩体的难易程度、评价围岩的稳定性、制定劳动定额或材料消耗定额等,对对象(被挖除的岩体周围的岩体,即围岩)进行级别划分时,所采用的分级指标是不尽相同的。

即使采用了同类指标(坚硬完整或软弱破碎程度),被评价对象在不同分类中的排序也是不同的。因为岩体的坚固性与岩体的坚硬完整或软弱破碎程度之间的关系,以及围岩的稳定性与岩体的坚硬完整或软弱破碎程度之间的关系,虽然相似,但却并不完全一致,它们之间并没有递推关系,因此岩体的坚固性与围岩的稳定性不能完全等同。

2.岩体的抗爆破性(抗钻性)及其分级

岩体的抗爆破性(或抗钻性)是指岩体抵抗爆炸冲击波(或钻头冲击力)破坏的能力。岩体的抗爆破性能(或抗钻性能)主要取决于其物理力学性质,特别是岩石(即结构体)在动载作用下的变形性质和内聚力的强弱。另外,抗爆破性能也受到岩体的结构特征(即结构面及其产状)和地下水等因素的影响。隧道爆破掘进时,应按岩体的抗爆破性能进行爆破设计;而在钻眼时,则应按其抗钻性能选择凿岩机具。但目前还没有针对岩体的抗钻性能的研究及分级方法。

近年来,有研究资料建议采用岩体爆破性指数N作为分级指标,将岩体的抗爆破性分为极易爆破、易爆破、中等难度爆破、难爆破、极难爆破五级。岩体爆破性指数N的确定,是在炸药能量等相同的条件下进行爆破漏斗试验,根据爆破后的漏斗体积、大块率、小块率、平均合格率和岩体的波阻抗等指标进行计算的。

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